10 projektů Arduino pro začátečníky, které zvládne každýBlog Postcircuito.io team23. dubna 2017
Sestavování projektů Arduino vám může přinést velký pocit uspokojení, ale začátečníci si mnohdy nejsou jisti, kde začít. Při zahájení projektu je třeba vzít v úvahu spoustu věcí, a pokud nemáte žádné zkušenosti s Makerem, může to být docela matoucí. Proto jsme pro vás připravili 10 projektů Arduino pro začátečníky, které zvládne vyrobit každý!
Pro začátek je nejlepší, když máte startovací sadu Arduino, která obsahuje: Arduino, propojovací vodiče, rezistory, destičku, LED diodu a tlačítka. Některé projekty vyžadují další součástky a jsou u nich uvedeny odkazy, kde je můžete zakoupit.
Ve všech projektech, které uvidíte níže, jsme použili obvody.io pro BoM (bill of materials), průvodce zapojením krok za krokem a ukázky kódu, ale vy samozřejmě můžete původní návrh změnit, přidat nebo odebrat součástky a vytvořit si vlastní verzi projektu.
Termometr s twistem
Pro první projekt jsme se rozhodli ukázat vám, jak vyrobit teploměr. Jedná se o poměrně jednoduchou konstrukci a je to jedna z těch věcí, které je prostě dobré mít doma. Také u tohoto projektu jsme netiskli žádné 3d díly a použili jsme minimum součástek, takže je to opravdu snadné a samozřejmé.
Součástky, které budete k tomuto projektu potřebovat, jsou následující: Arduino Uno, DS18B20 – jednovodičový digitální teplotní senzor a 7segmentový sériový displej.
Když máte všechny komponenty, můžete je začít zapojovat. Tento projekt má pouze jeden vstup – teplotní čidlo a jeden výstup – 7segmentový displej, takže zapojení není až tak složité. Po kliknutí na tento odkaz a budete přesměrováni do naší aplikace, kde jsou pro vás již vybrány komponenty pro tento projekt.
Podívejme se na jednotlivé komponenty trochu podrobněji:
- Snímač teploty má 3 piny – VCC, GND, které zajišťují napájení snímače, a DQ, což je datový pin. Každá použitá součástka má datový list – zde si můžete o součástce přečíst a dozvědět se, jaké má funkce a jak funguje.
- Sériový 7segmentový displej může zobrazovat 4 číslice najednou. Každou číslici lze ovládat samostatně. Může zobrazovat čísla, písmena a některé speciální znaky. Zapojení 7segmentového displeje je poněkud složitější. Jak vidíte, má 10 vývodů. Nebudete je nutně potřebovat všechny a více si můžete přečíst v datasheetu. Možná jste si všimli, že na rozdíl od teplotního čidla má 7segmentový displej otvory, a ne piny. Proto budete muset pájet zásuvné kolíky. Pájení může znít děsivě, ale ve skutečnosti není tak děsivé. Existují skvělé online návody, které můžete použít, zde je jeden dobrý od Sparkfun.
Další věc, na kterou se podíváme, je breadboard. Ve schématu zapojení na circuito.io můžete vidět, že používáme breadboard. Breadboardy jsou základním prototypovacím nástrojem, který umožňuje testovat různá zapojení bez nutnosti pájet součástky dohromady. Ušetříte tak spoustu času a materiálu. Jakmile máte finální návrh, můžete vytvořit desku plošných spojů nebo použít děrovanou prototypovací desku, jako je ta, kterou vidíte na obrázku výše. Více se této problematice budeme věnovat v některém z našich příštích příspěvků o různých breadboardech a prototypovacích deskách. Pro tento projekt můžete zůstat u chlebové desky, pokud chcete. Páni, už jsme probrali tolik informací! Může se zdát, že je toho hodně, a opravdu je, ale právě proto vás do tohoto světa uvádíme krok za krokem, takže to nevzdávejte, pokud ještě všemu úplně nerozumíte. To je součást zábavy – učit se při výrobě věcí!“
Po dokončení zapojení se můžeme podívat na kód. Kód je v podstatě soubor pravidel a pokynů, které vašim snímačům a akčním členům říkají, co mají dělat. Pokud mu chcete porozumět trochu více, přejděte na náš příspěvek na blogu o kódu Arduina. Můžete se podívat na tento seriál 3 videí o programování pro Arduino od ILTMS.
Pokud se vrátíme k našemu projektu, vysvětlíme si zde pouze základní logiku kódu – data načtená ze snímače teploty DS18B20 jsou prezentována na sériovém 7segmentovém displeji pomocí funkcí sevenSegment.write a ds18b20.readTempC(). Konkrétní kód tohoto projektu najdete na našem projektovém hubu Hackster v sekci kód dole.
Tento kód si musíte stáhnout a vložit do záložky firmware svého původního kódu, jak je vysvětleno v návodu na Hacksteru.
Pro sestavení všech částí tohoto projektu jsme použili speciální materiál, který se nám velmi líbí. Jmenuje se Sugru a je to takový barevný a superpevný epoxid, který můžete vytvarovat do požadovaného tvaru a nechat zaschnout. Po zaschnutí je tento materiál superpevný a zároveň pružný, takže působí příjemně a je barevný a zábavný. Tak tohle nebylo tak špatné, že?“
„Jak rychle umíš čvachtat?“
Tento projekt jsme vytvořili na Den svatého Patrika, kdy jsme se rozhodli otestovat čvachtací schopnosti našeho týmu. Byl to nezapomenutelný den (nebo možná ne). Zřejmě to, co jsme považovali za skvělé skóre, jsme později zjistili, že bylo ve srovnání s reakcemi lidí velmi pomalé. Ale co, vždycky je tu příští rok, ne?“
Zpět ke stavbě – komponenty, které jsme v tomto projektu použili, jsou Arduino Uno, FSR (Force Sensing Resistor), tlačítko, piezoelektrický reproduktor a 7segmentový displej. Použili jsme stejný sériový 7segmentový displej jako u teploměru, ale tentokrát místo teploty zobrazuje čas, který uplynul od doby, kdy půllitr opustil tácek. Z toho můžeme pochopit, že 7segmentový displej je pouze zobrazovacím prvkem a skutečné výpočty se provádějí v kódu a zpracovávají se prostřednictvím Arduina.
Další součástí této sestavy je snímač síly, který snímá hmotnost půllitru na podtácku. Po jeho vyjmutí snímač detekuje změnu hmotnosti a spustí měření času, který se zobrazí na sedmisegmentovce. Počítadlo se zastaví, jakmile zjistí hmotnost půllitru zpět na tácek. Tato akce spustí další součástku – piezoelektrický reproduktor, který začne hrát melodii. Tlačítkem se čas vynuluje. Toto jsou všechny komponenty, které tvoří tento projekt.
Pokud jste dokončili první projekt, je zde postup v podstatě stejný: pro tento projekt jsme vytvořili speciální odkaz, takže všechny komponenty jsou již předem vybrány. Podle návodu k zapojení a po otestování kódu můžete projekt dokončit a dozvědět se o něm více v tomto příspěvku.
Monitor znečištění ovzduší
V dalším projektu vám představíme nový senzor. Jmenuje se MQ7 a shromažďuje údaje o koncentraci CO v ovzduší. Tento senzor je vysoce citlivý a má rychlou odezvu. O tom, jak funguje, si můžete přečíst na stránkách Sparkfun. MQ7 poskytuje analogový výstup, proto jej připojíme k analogovému pinu Arduina. MQ7, stejně jako ostatní senzory plynu, vyžaduje desku breakout, což je v podstatě adaptér, který umožňuje připojit odlyšené piny senzorů plynu k desce s chlebem.
Takže nyní, když víme trochu více o senzorech plynu a jejich fungování, můžeme přejít k diskusi o kódu tohoto projektu. Nyní, když už máte za sebou dva projekty, doufáme, že kód už nevypadá tak děsivě, a můžeme přejít k diskusi o tom, co kód vlastně obsahuje. V tomto projektu se tedy setkáme s funkcí map. Jedná se o velmi užitečnou a hojně využívanou funkci v různých projektech Arduino. Jak už název napovídá, tato funkce přemapovává čísla z jednoho rozsahu do druhého. V tomto případě z rozsahu senzoru MQ7 na rozsah RGB LED diody, který je 0-255. Takže jak jste již možná uhodli (nebo viděli ve videu), barva LED se bude měnit z červené na zelenou podle úrovně koncentrace CO ve vzduchu. Všechny podrobnosti o tom, jak tento projekt sestavit, a další podrobnosti o něm najdete v příspěvku projektu na našem blogu.
Žíznivý plameňák
Žíznivý plameňák je další skvělý projekt Arduino, se kterým můžete začít svou cestu za výrobou. V tomto projektu použijeme senzor půdní vlhkosti, který bude monitorovat prostředí našich rostlin. Snímač půdní vlhkosti je další analogový snímač, podobně jako MQ7. Velké plošky slouží jako sondy pro senzor a ten se vlastně chová jako proměnný odpor. Proto čím více vody je v půdě, tím lepší je vodivost mezi oběma podložkami. Výsledkem je nižší odpor, což znamená vyšší SIG out. Takže vlastně když je tam více vody, jsou vyšší výstupní signály, které se pak posílají přes analogový pin do Arduina. Piezoelektrický reproduktor, který jsme zde použili a se kterým jste se již setkali v Chug Meteru, je naprogramován tak, aby pípal při vysokých naměřených hodnotách ze senzoru vlhkosti půdy.
V tomto výkladu jsme použili několik pojmů z oblasti elektroniky, například: rezistor, odpor a vodivost. Pokud vám tato slova v této fázi zní jako blábol, je to zcela normální. V některém z našich příštích příspěvků se budeme věnovat také základním pojmům, ale mezitím můžete začít tím, že se zúčastníte tohoto kurzu elektroniky na Instructables. Je velmi poučná a obsahuje skvělá vysvětlení a příklady. Začněte pomalu, naučte se základní pojmy, nesnažte se to zhltnout najednou. Je to jako učit se nový jazyk, chce to čas a praxi.
Pokud se vrátíme k našemu přátelskému růžovému plameňákovi, poté, co jsme probrali, jak funguje snímač půdní vlhkosti a proč při něm pípá piezoelektrický reproduktor, musíme se v tomto projektu podívat na několik dalších věcí. Především na kryt, který jsme pro něj postavili. Toto je první projekt, u kterého se budeme zabývat 3D tiskem. V tomto projektu sice není nutné vyrábět kryt pro projekt, ale dodává mu pěkný a jedinečný vzhled a v tomto případě také chrání elektroniku před namočením (koneckonců, plánujete někdy zalévat rostliny, že?).
Projektování ve 3D vyžaduje určité zkušenosti a také notnou dávku kreativity. Stejně jako v případě elektroniky, i v případě 3D tisku můžete vytvářet volné návrhy jiných lidí, aniž byste hlouběji rozuměli všemu, co je třeba o 3D designu vědět. Pravděpodobně však budete chtít po cestě nasbírat nějaké informace a v určitém okamžiku začít vytvářet vlastní návrhy nebo alespoň upravovat cizí návrhy tak, aby vyhovovaly vašim potřebám a přáním. Skvělým místem, kde se můžete začít učit o 3D designu, jsou opět kurzy na Instructables.
V každém případě jsme pro žíznivého plameňáka vyrobili tento skvělý kryt, který drží všechny části elektroniky opravdu pěkně pohromadě a ven vám trčí jen „nohy“, což jsou vlastně podložky senzoru vlhkosti půdy. Více informací o tom, jak jsme tento projekt sestavili, kód a 3d soubory najdete v určeném příspěvku na blogu.
Recyklovaná robotická paže
Robotické paže jsou ve světě makerů poměrně oblíbeným projektem. Existují různé stavebnice pro stavbu robotických paží a mnoho návodů, které ukazují, jak je postavit. Tyto projekty obvykle zahrnují CNC laserové řezání nebo 3D návrhy. My jsme se rozhodli, že robotickou ruku vyrobíme z materiálů, které jsme měli k dispozici v naší dílně, protože součástí makerství je také naučit se pracovat s materiály, které máte k dispozici, a snížit náklady na svůj projekt. Materiály, které jsme použili, jsou malé kousky dřeva, plastové lahve, z nichž jsme vyrobili tenké pásky a použili je jako jakési smršťovací pásky, a nějaké provázky. Samotná stavba byla velmi zábavná a bylo zajímavé zkoumat použití těchto zbytkových materiálů a možnosti jejich využití. Více o postupu stavby si vysvětlíme v tomto příspěvku na blogu.
V oddělení elektroniky nastal čas, abychom vám představili servomotory. Serva mají integrované převody a hřídel, kterou lze ovládat v rozsahu 180 stupňů, a jsou také velmi oblíbená ve světě tvůrců. Používají se pro nejrůznější projekty. Další příspěvek jsme věnovali motorům Arduino obecně a je v něm také speciální část o servomotorech, takže si ji můžete projít. V projektu robotické paže jsme použili 3 obecná kovová převodová serva: jedno pohybuje ramenem doprava a doleva, jedno pohybuje ramenem nahoru a dolů a jedno ovládá chapadlo.
K ovládání serv jsme použili dvouosý joystick, podobný tomu, který máte na dálkovém ovládání Playstation. Tento joystick jsou vlastně dva potenciometry a tlačítko. Namapovali jsme hodnoty joysticku (pamatujete si na funkci mapování?) tak, aby osa x joysticku pohybovala jedním ze serv zprava doleva (0-180 stupňů). Osa y joysticku pohybuje jiným servem nahoru a dolů (0-180 stupňů).
Servo chapadla má dvě polohy:
- 180 stupňů – znamená, že je chapadlo zavřené
- 0 stupňů – znamená, že je chapadlo otevřené
Tlačítko joysticku přepíná mezi těmito předem definovanými polohami.
Na tomto projektu je opravdu skvělé, že jej můžete sestavit z různých materiálů a skutečně poznat součástky, se kterými pracujete, a jejich fungování v různých prostředích. Můžete se dozvědět o krouticím momentu servopohonů, které používáte, a o tom, jakou hmotnost unesou, o jejich funkčním rozsahu a o mnoha dalších věcech. Jedná se o skvělý experimentální projekt, pokud máte trochu volného času a chuť se učit. A také je to docela levné.
Létající kapustňák
Detektory pohybu – setkáváme se s nimi a používáme je každý den. V autě, doma, v supermarketu, v kanceláři nebo když vcházíme do obchodů. V tomto dalším projektu používáme PIR detektor pohybu, který dokáže detekovat pohyb lidí a jiných živých tvorů na vzdálenost 20 stop. PIR senzor funguje tak, že detekuje úroveň infračerveného záření. Jak přesně se to dělá, si můžete přečíst v tomto skvělém návodu od společnosti Adafruit. Citlivost čidla PIR můžete nastavit a také nastavit prodlevu mezi jednotlivými odečty.
Stejně jako ve všech ostatních projektech v tomto příspěvku používáme desku Arduino a v tomto případě Arduino Pro-micro 5v. Jak vidíte na obrázku níže, nahradili jsme desku s chlebem perforovanou prototypovací deskou, stejně jako jsme to udělali v projektu teploměru. Opět to není nutnost, pokud teprve začínáte, ale později jsou tyto malé prototypovací desky skvělým řešením pro trvalejší projekt, protože jsou levné a spolehlivé.
V tomto projektu se také opět setkáváme se servomotorem, ale tentokrát máme v projektu pouze jeden motor, protože se pohybuje pouze v jedné ose.
Tento docela jednoduchý projekt zakončíme pěkným krytem, který ponechává „oko“ PIR senzoru odkryté, aby „vidělo“, kdo přichází, ale je elegantně sestaveno do pěkného 3D tištěného pouzdra, které ponechává všechny dráty a elektroniku mimo oko, a vám zůstane pěkně vypadající kapustňák, který si můžete postavit ke vchodu do dílny nebo garáže. Možná dokonce odhánějí škůdce jako plašící vrány, kdo ví? Vlastní kód a 3D návrhy najdete v našem projektovém centru na Hackster.io.
34Pět zvířátek Arduino
Přiznáváme, že je to zvláštní a bizarní projekt, ale sklidil spoustu veselých reakcí. A co je špatného na tom, když se člověk pobaví? Navíc je to také dobrá záminka, abychom vás seznámili s dalším senzorem – akcelerometrem. Jak jste asi uhodli, měří zrychlení ve 3 různých osách. Přesné výpočty a funkce této součástky si můžete prohlédnout v příručce Quickstart od společnosti Digikey. Základem však je, že reaguje na změny orientace. Kromě akcelerometru jsme opět použili piezoelektrický reproduktor, který podle změn orientace přehrává tuto veselou melodii. Takže je to domácí mazlíček, ale také tak trochu Darth-Vaderyho přenosný hudební nástroj.
Stejně jako u všech našich projektů najdete všechny komponenty, které jsme použili, v naší aplikaci, a když kliknete na tento odkaz, uvidíte všechny komponenty předvybrané za vás, jako mávnutím kouzelného proutku!
Další podrobnosti, kód a 3D návrhy najdete na našem projektovém centru Hackster.
Dronová vzdušná brána
Drony se v poslední době staly velmi populárními a pomocí této interaktivní vzdušné brány můžete své hraní s dronem posunout na novou úroveň. K tomuto projektu potřebujete ultrazvukový senzor HC-SRO4, 9V baterii, řídicí jednotku Sparkfun Arduino Pro Mini a difuzní společnou anodu RGB.
Tyče dronu jsou skvělé pro nácvik techniky letu. Ultrazvukový senzor detekuje přibližující se dron a změní světlo z červeného na zelené. Vyrob si tolik vzdušných bran, kolik chceš, a postav si přes ně překážkovou dráhu, na které můžeš závodit s kamarády. Je to opravdu zábava, věřte nám. Kompletní návod máš jako vždy k dispozici v našem komunitním centru na Hackster.io.
Dárková krabička Arduino bez užitku
Pokud jsi došel až sem, zasloužíš si Giftduino!
Zábava je také velkou součástí světa maker-Arduino a není nic špatného na tom, když vytváříte projekty, které nemají smysl.
Zajímavou komponentou, se kterou zde můžete pracovat, je Hallův senzor A1302. Tento senzor pracuje na principu Hallova jevu, což znamená, že reaguje na rozdíly magnetických polí. Proto jsme pro aktivaci Hallova senzoru v tomto projektu umístili na víko krabičky magnet. Po otevření krabice začne piezoelektrický reproduktor hrát melodii a na obrazovce se zobrazí dárková krabička (nebo cokoli jiného). V tomto projektu si můžete všimnout, že jsme nepoužili breadboard, ale prototypový štít Arduino. Zatím můžete postupovat podle návodu a vyrobit si vlastní Giftduino.
Detektor barvy kávové kapsle
Na závěr našeho prvního příspěvku na blogu(!) jsme se rozhodli uvést náš nejoblíbenější projekt. Láska ke kávě je univerzální a detektor kapslí Nespresso může být úžasnou pomůckou, která vám pomůže s výběrem kapsle.
Mechanismus fungování projektu spočívá v tom, že světelný senzor RGB snímá úrovně jasu červeného, zeleného a modrého barevného kanálu a posílá je do Arduina, které na základě předdefinovaných hodnot v kódu rozpozná vaši kapsli. Potřebné komponenty zahrnují světelný senzor RGB, Arduino pro mini, síťový adaptér, napájecí zdroj a LCD displej se sériovým připojením. Podle pokynů v našem návodu sestavte svůj obvod a stáhněte si ukázkový kód. Poté si stáhněte kód projektu z Githubu a vytiskněte si obal ve 3D. Sestavte je dohromady a voilá, máte detektor barvy kávových kapslí.
Takže teď, když už máte trochu více informací o tom, jak to celé Arduino funguje, je čas začít! Než usednete k práci, věnujte chvíli přípravě pracovního prostředí a ujistěte se, že máte vše potřebné. Několik prvních projektů může být náročných, ale otevírá se vám svět kreativních možností! Je to úžasné!